常见哈希算法；加密算法，对称式加密与非对称式加密的对比

哈希算法

哈希算法又称哈希摘要算法。他一般是对一个目标，一个对象，一些字节码，摘取一部分进行计算，得到一个固定长长度的输出摘要。一般而言哈希算法的目的是未来验证原始数据是否被篡改。

在Javaz中字符串的()就是一个哈希算法，它的输入是任意字符串，输入是固定的4字节int整数:

"hello".hashCode(); // 0x5e918d2
"hello, java".hashCode(); // 0x7a9d88e8
"hello, bob".hashCode(); // 0xa0dbae2f

哈希算法的特点

相同的输入一定得到相同的输出；

不同的输入大概率得到不同的输出；

从这两个特点就可以看出，有可能不同的输入，得到相同的哈希值。

我们把这种情况叫做哈希碰撞

哈希碰撞是指：两个不同的输入得到相同的输出：

理论上讲，哈希碰撞一定存在，因为输出的字节长度是固定的，但是输入的值是无穷的，是没有限制的。无穷对应有穷，一定会有重复。

碰撞显然是不好的，如何降低碰撞的概率是研究哈希算法的安全性的必要性。一个安全的哈希算法必须满足：

1碰撞概率低

2不能被猜测输出

根据碰撞概率，哈希算法的输出长度越长，就越难产生碰撞，也就越加安全

常用的的哈希算法：

java的标准库中提供了常用的哈希算法，并且有一套统一的接口。以MD5为例：

```java
mport java.security.MessageDigest;public class main {public static void main(String[] args)  {// 创建一个MessageDigest实例:MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");// 反复调用update输入数据:md.update("Hello".getBytes("UTF-8"));md.update("World".getBytes("UTF-8"));// 16 bytes: 68e109f0f40ca72a15e05cc22786f8e6byte[] results = md.digest(); StringBuilder sb = new StringBuilder();for(byte bite : results) {sb.append(String.format("x", bite));}System.out.println(sb.toString());}
}

使用时，我们首先根据哈希算法获取一个实例，然后反复调用（byte[]）输入数据，当输入结束后，调用()方法byte[]数组表示的摘要，最后，把它转换为十六进制的字符串。

运行上述代码，可以得到的MD5是。

哈希算法用途

可以用来校验下载文件和储存用户密码

校验下载文件：

因为相同的输入会得到相同的输出，因此，如果输入被修改了，得到的输出就会不同。只要计算一下本地文件的哈希值，再与官网公开的哈希值对比，相同，就说明文件下载正常，否则文件被篡改。

存储用户密码：

在数据库中存储用户口令的哈希值，只要用户输入原始口令后，系统计算用户输入的原始口令的哈希值，与保存在数据库重点哈希值相等就说明口令正确。

使用哈希值作为口令的时候，还需要防止彩虹表攻击。彩虹表是什么呢？彩虹表就是一个已经计算好常用口令和它们的MD5的对照表，这个表就是彩虹表。如果有用户使用了常用口令，从彩虹表就可以反差到原始口令。

我们可以采用加盐的方法来抵御彩虹表的攻击：对每个口令额外添加随机书，这个方法称之为加盐（salt）

=md5(salt+);

SHA-1算法和MD5一样也是一种哈希算法，他输出是，即是20字节。还有SHA-256 SHA-512等

java..;

class main {

void main([] args) {

// 创建一个实例:

md = .(“SHA-1”);

    // 反复调用update输入数据:md.update("Hello".getBytes("UTF-8"));md.update("World".getBytes("UTF-8"));// 20 bytes: db8ac1c259eb89d4a131b253bacfca5f319d54f2byte[] results = md.digest(); StringBuilder sb = new StringBuilder();for(byte bite : results) {sb.append(String.format("x", bite));}System.out.println(sb.toString());
}

对称式加密：对称加密算法就是传统的用一个密码进行加密和解密。例如，我们常用的 WinZIP 和WinRAR对压缩包的加密和解密，就是使用对称加密算法。从程序的角度看，所谓加密，就是这样一个函数，它接收密码和明文，然后输出密文:
secret = encrypt(key,message);
而解密则相反，它接收密码和密文，然后输出明文:
plain = decrypt(key,secret);
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/3db48750354545ad90200562a8d6450c.png)
密钥长度直接决定加密强度，而工作模式和填充模式可以看成是对称加密算法的参数和格式选择。Java标准库提供的算法实现并不包括所有的工作模式和所有填充模式，但是通常我们只需要挑选常用的使用就可以了。
最后注意， DES 算法由于密钥过短，可以在短时间内被暴力破解，所以现在已经不安全了。
、
**用AES算法加密**
使用AES算法的ECB模式加密并解密。```java
import java.security.*;
import java.util.Base64;import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.*;public class Main {public static void main(String[] args) throws Exception {String message = "Hello, world!";System.out.println("Message(原始信息): " + message);byte[] key = "1234567890abcdef".getBytes();byte[] data = message.getBytes();byte[] encrypted = encrypt(key, data);System.out.println("Encrypted(加密内容): " + Base64.getEncoder().encodeToString(encrypted));byte[] decrypted = decrypt(key, encrypted);System.out.println("Decrypted(解密内容): " + new String(decrypted));}public static byte[] encrypt(byte[] key, byte[] input) throws GeneralSecurityException {Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");SecretKey keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec);return cipher.doFinal(input);}// 解密:public static byte[] decrypt(byte[] key, byte[] input) throws GeneralSecurityException {Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");SecretKey keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec);return cipher.doFinal(input);}
}

CBC模式

cbc模式是在原来的AES加密模式的基础加入了一个IV参数，作为它的随机数，这样的情况下，对于同一份明文，每次生成的密文都不同。

package com.apesource.demo04;import java.security.*;
import java.util.Base64;import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.*;public class Main {public static void main(String[] args) throws Exception {// 原文:String message = "Hello, world!";System.out.println("Message(原始信息): " + message);// 256位密钥 = 32 bytes Key:byte[] key = "1234567890abcdef1234567890abcdef".getBytes();// 加密:byte[] data = message.getBytes();byte[] encrypted = encrypt(key, data);System.out.println("Encrypted(加密内容): " + Base64.getEncoder().encodeToString(encrypted));// 解密:byte[] decrypted = decrypt(key, encrypted);System.out.println("Decrypted(解密内容): " + new String(decrypted));}// 加密:public static byte[] encrypt(byte[] key, byte[] input) throws GeneralSecurityException {// 设置算法/工作模式CBC/填充Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");// 恢复秘钥对象SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");// CBC模式需要生成一个16 bytes的initialization vector:SecureRandom sr = SecureRandom.getInstanceStrong();byte[] iv = sr.generateSeed(16); // 生成16个字节的随机数System.out.println(Arrays.toString(iv));IvParameterSpec ivps = new IvParameterSpec(iv); // 随机数封装成IvParameterSpec参数对象// 初始化秘钥:操作模式、秘钥、IV参数cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec, ivps);// 加密byte[] data = cipher.doFinal(input);// IV不需要保密，把IV和密文一起返回:return join(iv, data);}// 解密:public static byte[] decrypt(byte[] key, byte[] input) throws GeneralSecurityException {// 把input分割成IV和密文:byte[] iv = new byte[16];byte[] data = new byte[input.length - 16];System.arraycopy(input, 0, iv, 0, 16); // IVSystem.arraycopy(input, 16, data, 0, data.length); //密文System.out.println(Arrays.toString(iv));// 解密:Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding"); // 密码对象SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES"); // 恢复秘钥IvParameterSpec ivps = new IvParameterSpec(iv); // 恢复IV// 初始化秘钥:操作模式、秘钥、IV参数cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec, ivps);// 解密操作return cipher.doFinal(data);}// 合并数组public static byte[] join(byte[] bs1, byte[] bs2) {byte[] r = new byte[bs1.length + bs2.length];System.arraycopy(bs1, 0, r, 0, bs1.length);System.arraycopy(bs2, 0, r, bs1.length, bs2.length);return r;}
}

在CBC模式下，需要随机生成一个16字节的IV参数，必须使用生成。因为多了一个实例，因此初始化需要调用的重载方法并且传入/

非对称加密:加密和解密使用的不是相同的密钥，只有同一个公钥-私钥对才能正常加解密。

例如:小明要加密一个文件发送给小红，他应该首先向小红索取她的公钥，然后，他用小红的公钥加密，把加密文件发送给小红，此文件只能由小红的私钥解开，因为小红的私钥在她自己手里，所以，除了小红，没有任何人能解开此文件。

非对称加密的典型算法就是RSA算法

非对称加密的缺点:运算速度非常慢，比对称加密要慢很多

在实际应用的时候，非对称加密总是和对称加密一起使用，假设小明需要给小红需要传输加密文件，他俩首先交换了各自的公钥，然后:

1.小明生成一个随机的AES口令，然后用小红的公钥通过RSA加密这个口令，并发给小红;

2.小红用自己的 RSA 私钥解密得到AES 口令;

3.双方使用这个共享的AES 口令用 AES 加密通信。

import java.math.BigInteger;
import java.security.GeneralSecurityException;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import javax.crypto.Cipher;// RSA
public class Main {public static void main(String[] args) throws Exception {// 明文:byte[] plain = "Hello, encrypt use RSA".getBytes("UTF-8");// 创建公钥／私钥对:Human alice = new Human("Alice");// 用Alice的公钥加密:// 获取Alice的公钥，并输出byte[] pk = alice.getPublicKey();System.out.println(String.format("public key(公钥): %x", new BigInteger(1, pk)));// 使用公钥加密byte[] encrypted = alice.encrypt(plain);System.out.println(String.format("encrypted(加密): %x", new BigInteger(1, encrypted)));// 用Alice的私钥解密:// 获取Alice的私钥，并输出byte[] sk = alice.getPrivateKey();System.out.println(String.format("private key(私钥): %x", new BigInteger(1, sk)));// 使用私钥解密byte[] decrypted = alice.decrypt(encrypted);System.out.println("decrypted(解密): " + new String(decrypted, "UTF-8"));}
}// 用户类
class Human {// 姓名String name;// 私钥:PrivateKey sk;// 公钥:PublicKey pk;// 构造方法public Human(String name) throws GeneralSecurityException {// 初始化姓名this.name = name;// 生成公钥／私钥对:KeyPairGenerator kpGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");kpGen.initialize(1024);KeyPair kp = kpGen.generateKeyPair();this.sk = kp.getPrivate();this.pk = kp.getPublic();}// 把私钥导出为字节public byte[] getPrivateKey() {return this.sk.getEncoded();}// 把公钥导出为字节public byte[] getPublicKey() {return this.pk.getEncoded();}// 用公钥加密:public byte[] encrypt(byte[] message) throws GeneralSecurityException {Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, this.pk); // 使用公钥进行初始化return cipher.doFinal(message);}// 用私钥解密:public byte[] decrypt(byte[] input) throws GeneralSecurityException {Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, this.sk); // 使用私钥进行初始化return cipher.doFinal(input);}
}